Главная / Материалы и элементы электронной техники / Лабораторная работа №1. Исследование температурных зависимостей сопротивления постоянных резисторов

Лабораторная работа №1. Исследование температурных зависимостей сопротивления постоянных резисторов

Цель работы

Ознакомление с системой обозначений, типами и температурными зависимостями сопротивления линейных постоянных резисторов.

1.1. Основные сведения о резисторах

Резистором называют элемент электронной аппаратуры, обладающий свойством активного электрического сопротивления. В зависимости от применяемых материалов, резисторы могут быть линейными (зависимость падения напряжения от тока представляет собой линейную функцию, что говорит о постоянстве сопротивления) и нелинейными, у которых сопротивление изменяется под воздействием тока или напряжения. Линейные резисторы могут быть постоянными или переменными. Сопротивление постоянного резистора задано при его изготовлении, тогда как в переменных резисторах имеется возможность регулирования сопротивления механически (с помощью третьего подвижного контакта) или бесконтактным способом, с помощью цифрового управления. В настоящей лабораторной работе исследуются только постоянные линейные резисторы, далее Постоянные резисторы. Постоянные резисторы выпускаются проволочными, пленочными и объемными.

Мощные проволочные резисторы (от 5 до 1000 Вт) имеют трубчатое керамическое основание, на котором намотана спираль из нихрома (Ni 80% + Cr 20%) или других сплавов, содержащих никель и хром. У самых мощных резисторов спираль оголена, а у резисторов мощностью до 250 Вт покрыта защитным слоем стеклоэмали. Прецизионные проволочные резисторы выпускаются мощностью от 0,05 до 5 Вт. Они имеют герметичный корпус, внутри которого находится спираль из константана (Cu 55% + Ni 45%) или манганина (Cu 86% + Ni 2% + Mn 12%).

Пленочные резисторы (обычно от 0,075 до 2 Вт) имеют резистивный материал в виде пленки, нанесенной на диэлектрическое основание, в основном цилиндрической формы. Пленочные резисторы подразделяются на углеродистые (материал пленки – пиролитический углерод), металлопленочные (пленки из металлов и их сплавов), металло-окисные и металлодиэлектрические (пленки оксидов, проводящих стекол и эмалей).

Объемные резисторы (обычно от 0,125 до 2 Вт) представляют собой спеченную или полимеризованную при повышенной температуре многокомпонентную смесь, содержащую материал – связку и проводящий компонент (композиционные резисторы).

Основные параметры постоянных резисторов, гарантируемые производителем

Номинальное сопротивление. Это то сопротивление, которое указано на корпусе резистора. Значение номинального сопротивления гарантируется с заданным Допуском во всем рабочем диапазоне температур (обычно от –55 до +70 °С).

Допустимое отклонение сопротивления резистора. Это те пределы отклонения сопротивления резистора от его номинального значения (в процентах), за которые не должен выходить дрейф сопротивления в заявленных условиях эксплуатации и в течение гарантированного срока службы. Значению допуска всегда предшествует знак ±, т. к. реальное значение сопротивления может оказаться выше или ниже номинального. Нормализованные ряды номинальных сопротивлений резисторов и допустимых отклонений от номинального значения приведены в приложении.

Номинальная рассеиваемая мощность. Это та мощность, которую может рассеять резистор в спокойной воздушной среде при нормальном атмосферном давлении при непрерывной электрической нагрузке без превышения объявленного допуска на значение сопротивления. Мощность Р, которую рассеивает резистор в конкретной электрической цепи, определяется произведением проходящего тока I и падения напряжения U:

Р = UI (1.1)

Выражая с помощью закона Ома напряжение или ток через сопротивление R, имеем известные формулы для расчета мощности:

Р = I 2R или P = U 2/R (1.2)

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС или αR). Этот коэффициент характеризует чувствительность сопротивления резистора к изменениям температуры. ТКС выражают в относительных единицах. Так как температурные изменения сопротивления резисторов очень малы, в справочниках ТКС указывают в единицах миллионных долей относительного изменения сопротивления на градус (10-6 / °С). В настоящее время во многих справочниках вместо 10-6 принято американское обозначение Ppm (Parts Per Million“частей на миллион”). Размерность ТКС записывают в этом случае в Ppm/°С. Численное значение ТКС резистора (в Ppm/°С) может быть определено из результатов измерения температурных зависимостей его сопротивления по формуле:

, (1.3)

Где R – сопротивление резистора при некоторой, заданной температуре; – изменение сопротивления при изменении температуры на .

Наряду с рассмотренными параметрами, для резисторов также нормируются: Максимальное напряжение на зажимах резистора (В), Напряжение шумов (мкВ/В), Минимальная наработка на отказ (ч), срок сохраняемости (ч), Максимальная импульсная мощность (Вт).

Маркировка резисторов

Все мощные, прецизионные и большинство резисторов отечественного производства имеют маркировку, из которой напрямую читаются тип, номинальные мощность и сопротивление, а также допустимое отклонение. Например, проволочный постоянный резистор типа С5-5 мощностью 8 Вт, имеющий сопротивление 68 Ом и допускаемое отклонение от номинального сопротивления ±1% имеет на своем корпусе следующую надпись: С5-5 – 8 – 68 Ом ±1%. Как следует из приведенного полного обозначения, размерность номинальной мощности в нем не указана, т. к. мощность принято всегда выражать в ваттах. Это также относится к маломощным резисторам, например: МЛТ – 0,25 – 10 кОм ±10% (резистор типа МЛТ мощностью 0,25 Вт).

Номинальное сопротивление в приведенном полном обозначении состоит из численного значения (цифра) и обозначения единицы измерения (Ом – омы, кОм – килоомы, МОм – мегаомы, ГОм – гигаомы, ТОм – тераомы). Например: 220 Ом; 150 кОм; 2,2 МОм; 8,2 ГОм; 1 ТОм. Таблица стандартных множителей, соответствующих им префиксов и символов приведена в приложении.

В целях уменьшения количества наносимых на поверхность резистора символов часто в обозначение номинального сопротивления вводится множитель, обозначаемый буквой. Латинские буквы R, K, M, G, T обозначают соответственно множители 1, 103, 106, 109, 1012 (изредка в русской транскрипции для обозначения единиц Ом вместо R ставят Е, а гигаомам соответствует буква Г). Результат расшифровки записанного таким образом значения всегда представляется в омах. Например: 0,1 Ом = R10 или Е10; 1 Ом = 1R0 или 1Е; 5,6 Ом = 5R6 или 5Е6; 330 Ом = 330R или 330Е; 1 кОм = 1К0; 3,3 кОм = 3К3; 2,2 Мом = 2М2; 6,8 ГОм = 6G8 или 6Г8.

Еще одной формой записи номинального значения сопротивления некоторых зарубежных резисторов является запись четырехзначным числовым кодом. В этом коде первые три цифры задают значащую часть номинала сопротивления, а четвертая выражает степень множителя 10, на который умножается значащая часть, чтобы получить окончательный результат в омах. Например: 3332 соответствует 333∙102 Ом или 33,3 кОм; 9510 соответствует 951∙100 или 951 Ом; 8251 соответствует 825∙10 = 8,25 кОм и т. д.

В соответствии с международным нормативом СEI62, допустимые отклонения вместо цифр могут шифроваться буквенными символами (табл. 1).

Таблица 1. Кодировка обозначений допустимых отклонений Сопротивления

Допуск, %

±0,05

± 0,1

± 0,25

± 0,5

± 1

± 2

± 5

± 10

Кодированное обозначение

А

B

C

D

F

G

J

K

Другой широко распространенной системой маркировки резисторов является цветовое кодирование. На резистор в этом случае наносят цветные кольца, образующие код, которым шифруют номинальное значение и допуск (кодировка 4 или 5 кольцами). Менее распространенная кодировка 6 кольцами кодирует еще и значение ТКС, рис. 1.1.

Рис.1.1. Маркировка резисторов цветовым кодом

Сведения о соответствии цветов значащим цифрам номинального сопротивления, значениям множителей, допусков и ТКС приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Соответствие цветов колец цифрам, значениям множителей, допусков и ТКС

Цвет кольца

Номинальное сопротивление, Ом

Первая цифра

Вторая цифра

Третья цифра

Множи-тель

Допуск,

%

ТКС,

Ppm/°С

Серебристый

Золотистый

Черный

Коричневый

Красный

Оранжевый

Желтый

Зеленый

Голубой

Фиолетовый

Серый

Белый

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10-2

10-1

1

10

102

103

104

105

106

107

108

109

± 10

± 5

± 1

± 2

± 0,5

± 0,25

± 0,1

± 0,05

200

100

50

15

25

10

5

1

1.2. Порядок выполнения исследований

В лабораторной работе исследуется температурная зависимость сопротивления для резисторов различных типов и по результатам измерений вычисляется наибольшее значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) в исследованном температурном диапазоне.

1.2.1. Исследование мощного проволочного резистора

Собрать на лабораторном стенде схему, изображенную на рис. 1.2, и снять вольтамперную характеристику мощного проволочного резистора R2 типа ПЭВ–25 (по действующему ГОСТу С5-35В-25).

Рис.1.2. Схема измерений температурной зависимости сопротивления мощного проволочного резистора ПЭВ — 25

Рекомендуется снимать вольтамперную характеристику, задавая с помощью потенциометра R1 напряжение на зажимах R2 через 6 В от нуля до максимально-возможного значения (контроль напряжения ведется по стрелочному вольтметру V). Измерение тока производится с помощью мультиметра 1. Одновременно со снятием вольтамперной характеристики необходимо контролировать температуру резистора R2 с помощью термопары. Для этого “горячий спай” термопары введен внутрь корпуса резистора, а “холодный спай” должен быть подсоединен к соответствующим входам мультиметра 2. Переход от одной точки измерений к другой необходимо производить только после стабилизации показаний термометра и остальных измерительных приборов.

По результатам измерений заполняется табл. 1.3.

Таблица 1.3. Результаты исследования температурной зависимости сопротивления проволочного резистора (тип, номинальное сопротивление)

Температура резистора R2

[°С]

Ток через резистор R2

[А]

Падение напряжения

На резисторе R2

[В]

Сопротивление резистора R2

[Ом]

Мощность, рассеиваемая резистором R2

[Вт]

По данным табл. 1.3 с помощью закона Ома рассчитываются значения сопротивления резистора R2 и строятся зависимости R2 от температуры T, а также зависимость температуры резистора от рассеянной в нем мощности Р (формулы 1.1 и 1.2.). Из графика R2 = F(T) по формуле 1.3 рассчитывается максимальное значение ТКС в исследованном диапазоне температур.

1.2.2. Исследование температурных зависимостей сопротивления композиционных и пленочных резисторов

Получить у преподавателя образцы резисторов. Скопировать в протокол измерений маркировку резисторов и произвести расшифровку их номинальных сопротивлений.

Собрать схему, изображенную на рис. 1.3 и используя R2 в качестве нагревателя, исследовать температурную зависимость сопротивления имеющихся образцов резисторов в диапазоне от комнатной температуры до +100°С. По результатам исследований заполнить табл. 1.4 и рассчитать максимальные ТКС резисторов.

Рис. 1.3. Схема измерений температурных зависимостей сопротивления маломощных резисторов

Таблица 1.4. Результаты исследований температурных зависимостей сопротивления резисторов различных типов

№ п/п

Тип резис-тора

Номинальное сопротивление (по маркировке)

Сопротивление при комнатной температуре

Сопроти-вление при +50°С

Сопроти-вление при +100°С

Расчетное значение ТКС

1

2

Содержание отчета

Схемы измерений (рис. 1.2 и 1.3).

Заполненные таблицы 1.3 и 1.4.

Зависимости сопротивления от температуры для всех исследованных резисторов.

Расшифровку маркировки всех исследованных резисторов.

Выводы о результатах сравнения температурных зависимостей резисторов различных типов.